[发明专利]一种用于量子通信系统的自差分平衡探测装置及探测方法

说明书

本发明公开了一种用于量子通信系统的自差分平衡探测装置及探测方法，所述自差分平衡探测装置包括光路控制部分和电路控制部分，光路控制部分通过在光路上对干涉单元的两路输出光之间进行延时耦合到一路并通过电路控制部分中的一个光电探测器来进行探测转换成电信号，并将上述电信号分束成两路电信号，同时将两路电信号中的一路进行相同延时的电延时处理，此两路电信号间的时延刚好补偿干涉单元输出光之间的时延，最终实现了高准确度的快速平衡探测。

技术领域

本发明涉及量子密钥分发技术领域和密码学领域，更具体涉及一种用于量子通信系统的自差分平衡探测装置及探测方法。

背景技术

现有基于真空涨落的量子随机数方案和连续变量量子密钥分发接收端方案如图1所示，其探测方案如下：

信号光61(Singal)与本振光62(Local Oscillator)输入干涉单元1中，在量子随机数发生器中信号光61通常为真空态，在连续变量量子密钥分发接收端中信号光61为调制的脉冲信号，干涉后的两路光分别输入到光电探测器2和光电探测器3中做平衡探测，即两个光电探测器输出的电流差经过减法器4作用后经跨阻放大器5放大后转变为电压信号输出，干涉单元1多采用50:50分束器。

平衡探测方法首先要求干涉单元1输出的两路光能够同时到达光电探测器2和光电探测器3，而干涉单元1输出端的光纤长度容易受环境温度等的影响，因此在实际过程中需要在干涉单元1输出端增加可调延时线对干涉输出光进行延时校准使得所述两束光能同时到达光电探测器2和光电探测器3，这样便增加了系统的复杂度；

另一方面，平衡探测方法要求光电探测器2和光电探测器3具有相同的响应特性和噪声特性，但在实际过程中这种情况是不能实现的，即使在干涉单元1输出端增加可调光衰减器来保证光电探测器2和光电探测器3输入端的光电流大小一致也无法保证两个光电探测器的频响特性和噪声特性等保持一致。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种只使用一个光电探测器的用于量子通信系统的自差分平衡探测装置及探测方法。

本发明是通过以下两种技术方案解决上述技术问题的：

技术方案之一：

一种用于量子通信系统的自差分平衡探测装置，所述装置包括光路控制部分和电路控制部分，所述光路控制部分输出端连接电路控制部分的输入端；

所述光路控制部分包括入射光源、干涉单元、光延时装置和分束器，所述光源连接干涉单元，所述干涉单元连接分束器，所述光延时装置设置在干涉单元与分束器之间；其中：所述入射光源包括信号光和本振光，所述干涉单元将信号光和本振光干涉后分为两路输出，所述光延时装置用于将干涉单元输出的两路光中的任一路光信号进行光延时处理，所述分束器用于将经延时处理的光信号与未经延时处理的光信号耦合后输出脉冲时序到电路控制部分；

所述电路控制部分包括光电探测器、功分器、电延时装置、减法器和跨阻放大器，所述光电探测器连接光路控制部分的分束器，将分束器输出的脉冲时序转变为脉冲电信号，所述功分器连接光电探测器，将光电探测器输出的脉冲时序分为两路电信号输出，所述电延时装置连接功分器，用于将功分器输出的两路电信号中的任一路电信号进行电延时处理，所述减法器连接电延时装置和功分器，同时接收功分器输出的未经延时处理的电信号和电延时装置输出的延时电信号，所述跨阻放大器连接减法器，用于将减法器输出的电信号转变为电压信号并进行放大输出。

进一步地，所述信号光为调制的脉冲光或真空态，所述本振光为脉冲光或连续光。

进一步地，所述干涉单元为50:50分束器。

进一步地，所述分束器为50:50分束器。

进一步地，所述功分器为50:50功分器。

进一步地，所述跨阻放大器为50:50跨阻放大器。